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多功能相控阵雷达资源管理理论与方法

作　者: 李广兴
导　师: 林桂道
学　校: 江苏科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 多功能相控阵雷达波束捷变雷达资源管理雷达任务调度时间窗
分类号: TN958.92
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

面对日益复杂的战场环境，常规雷达已不能完成多任务的要求。相控阵多功能雷达利用相控阵天线波束捷变的能力，提供了丰富的战术功能，可以同时完成目标的搜索、确认及跟踪。从时间上看，多种任务的快速切换执行实质上是对相控阵天线等雷达硬件设备的时分复用。相控阵雷达在硬件上具备支持上述多功能的能力，犹如一台高配的计算机设备，控制系统等软件结构是发挥硬件性能的基础。从使用的角度上看，雷达硬件设备提供了时间资源和能量资源。为充分发挥硬件设备的性能，相控阵雷达需要一套资源管理系统管理和分配各种雷达资源。相控阵多功能雷达资源管理算法多种多样，目前学术研究所涉及到的各种资源管理算法研究重点也不尽相同。雷达资源管理主要有两大事项：任务的优先级化和任务的调度。一些雷达资源管理算法分开处理这两个事项，其他的一些算法同时处理两者。任务的优先级化对任务调度器而言至关重要。环境、目标场景、雷达功能的性能要求决定了雷达调度所需要的时间，该调度时间作为调度器的限制参数，对调度器的工作影响较大。雷达资源管理算法从适应性的角度可以分为非自适应算法和自适应算法。对非自适应算法而言，任务的优先级是事先设定好的，并且雷达调度器按照启发式规则调度雷达任务，因此，雷达资源的使用不是最优的。相对而言，自适应算法可以有效的分配雷达资源，因而可以大幅度提高雷达系统的性能，但是其自身的实现也比较复杂。本文详细介绍了雷达任务调度所涉及的问题。首先从建立雷达任务模型开始，分析了雷达任务的特点和参数要求。为满足雷达任务的性能要求，也就是解决其实时性问题，在文中详细分析了驻留时间窗。脉冲的发射和接收均涉及到能量的使用，雷达功率限制也是相控阵雷达资源管理中重要的一点。为提高雷达发射效率，一般采取交错的形式发射和接收雷达波束。文章介绍了Orman调度算法和Butler调度算法，并比较了两者的性能。为突出雷达任务实时性的要求，论文针对雷达任务驻留时间窗的约束条件，分析了传统MESAR算法的特点和性能，并根据相邻任务时间窗的特点，分析了时间窗串联算法的特点，通过仿真对比两者的性能，突出了时间窗串联算法的优势。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
目录  8-11
Contents  11-14
第1章绪论  14-20
  1.1 引言  14-15
  1.2 本课题国内外研究现状及趋势  15-18
    1.2.1 模板类调度策略  15-17
    1.2.2 自适应调度策略  17
    1.2.3 任务调度常见新技术的研究现状及趋势  17-18
  1.3 论文主要内容  18-20
第2章多功能相控阵雷达概览  20-34
  2.1 背景知识  20-21
  2.2 多功能雷达的典型功能  21-23
    2.2.1 搜索功能  21-22
    2.2.2 点迹确认  22
    2.2.3 跟踪起始  22
    2.2.4 跟踪维持  22-23
  2.3 多功能雷达理论知识  23-33
    2.3.1 雷达系统  24-26
    2.3.2 相控阵天线  26-29
    2.3.3 多功能雷达特征  29-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章相控阵雷达资源管理  34-58
  3.1 雷达资源管理问题描述  34-36
  3.2 人工智能一类的算法  36-42
    3.2.1 神经网络算法  36-39
    3.2.2 专家系统  39-40
    3.2.3 模糊逻辑  40-41
    3.2.4 信息熵方法  41-42
  3.3 动态规划算法  42-44
    3.3.1 一个例子  42-43
    3.3.2 计算复杂度  43
    3.3.3 一些动态规划算法举例  43-44
    3.3.4 小结  44
  3.4 基于服务质量的资源分配管理算法  44-48
    3.4.1 介绍  44
    3.4.2 数学公式描述  44-45
    3.4.3 一些 Q-RAM 算法举例  45-47
    3.4.4 小结  47-48
  3.5 波形选择辅助算法  48-50
    3.5.1 简介  48
    3.5.2 结合神经网络算法使用  48-49
    3.5.3 波形选择 PDA 算法  49
    3.5.4 其他的波形选择辅助算法  49-50
  3.6 自适应数据更新率算法  50-52
    3.6.1 简介  50
    3.6.2 自适应更新率跟踪  50
    3.6.3 自适应数据更新率 IMM-MHT 算法  50-51
    3.6.4 其他自适应数据率更新算法  51-52
    3.6.5 小结  52
  3.7 美国海军研究实验室（NRL）基准问题和解决方案  52-57
    3.7.1 美国海军研究实验室（NRL）基准问题  52-55
    3.7.2 基准问题的解决方案  55-56
    3.7.3 小结  56-57
  3.8 本章小结  57-58
第4章多功能相控阵雷达任务调度  58-72
  4.1 雷达任务模型  58-59
  4.2 雷达任务时间约束之驻留时间窗  59-60
  4.3 雷达功率限制  60-63
    4.3.1 长发射时间功率限制  60-61
    4.3.2 短发射时间功率限制  61-63
  4.4 调度间隔  63-64
  4.5 脉冲交错  64-66
    4.5.1 驻留交错的形式  64-65
    4.5.2 交错的效率测试  65
    4.5.3 驻留交错算法  65-66
  4.6 两种常见调度算法介绍  66-71
    4.6.1 算法对比的仿真环境  67-68
    4.6.2 两种常见类型的调度算法  68-71
      4.6.2.1 Orman 类型的调度算法  68-69
      4.6.2.2 Butler 类型的调度算法  69-70
      4.6.2.3 两种算法的比较  70-71
  4.7 本章小结  71-72
第5章基于时间窗的多功能相控阵雷达任务调度方法  72-85
  5.1 简介  72
  5.2 改进的 MESAR 任务调度方法  72-73
  5.3 基于时间平衡的调度方法  73-74
  5.4 时间窗串联  74-76
  5.5 仿真场景的设立  76-83
    5.5.1 雷达任务场景设定  76
    5.5.2 仿真流程  76-77
    5.5.3 搜索及跟踪波束参数的设定  77-79
    5.5.4 搜索及跟踪驻留任务生成  79-80
    5.5.5 调度迟滞时间对信噪比的影响  80-83
  5.6 本章小结  83-85
总结和展望  85-87
参考文献  87-91
致谢  91

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